JP4581510B2 - 生体情報検知装置及び空調システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば睡眠中の呼吸、心拍、体動などを検知するために用いられる生体情報検知装置と、この生体情報検知装置を用いた空調システムとに関するものである。

従来より、生体情報検知装置として、エアーマットを利用したものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エアーマットの空気室を非気密構造にするとともに、この空気室に弾性のある支持材を入れてエアーマットに弾力性を持たせ、上に乗った人の呼吸、心拍、体動などの生理情報を空気室の圧力変化から検知するようにしている。

また、他の構造の生体情報検知装置として、細長い１本のチューブを波形に数回折り返して（蛇行させて）敷き布団やマットレスなどの寝具上に敷くようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−５２６５０号公報 特開２００２−５８６５３号公報

しかし、特許文献１の装置は、エアーマットの中に支持材を入れた構造にしているために、厚くて構造が複雑であり、通気性も悪いために、寝具内でシーツの真下に敷くには無理があった。一方、このエアーマットを、シーツの真下でなく、敷き布団の下やマットレスの下に敷くことにすると、寝具状態により信号振幅や波形が影響を受けるため、設置条件によって閾値の補正や感度の較正を行う必要があった。

また、特許文献２の装置では、寝具上に敷くためにはチューブを細くしないと被験者が異物感を感じるうえ、これを波形に数回折り返すためにはチューブを長くする必要があるので、コンダクタンスの低下により信号が鈍ってしまう。逆にコンダクタンスを確保するためにチューブを太くすると、シーツの真下に敷いた場合には就寝時の異物感の原因となってしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、生体情報検知装置を寝具内でシーツの真下に敷いても使用時の異物感がない構造にするとともに、そのようにシーツの真下に敷くことで検出の感度を高めることである。

本発明は、複数の空気通路(12)を配列することにより構成した感圧部(11)を用いて、呼吸、心拍、体動などの生理情報を検知するようにしたものである。

具体的に、第１，第２及び第３の発明は、生体の生理情報を検知する生体情報検知装置(10)において、複数の空気通路(12)を配列することにより構成された感圧部(11)と、該感圧部(11)の空気通路(12)に接続された集合管部(13)と、該集合管部(13)に接続された圧力検出部(14)とを備えているものである。上記空気通路(12)は、例えばチューブなどの弾性部材を用いて構成することにより、内部の圧力変化を圧力検出部(14)に伝達することができる。

この第１，第２及び第３の発明では、感圧部(11)を１本の長いチューブ(T)ではなく、複数の空気通路(12)により構成している。このため、例えば寝具上で概ね人の胸部をカバーする程度の広さに感圧部(11)を形成するとした場合に、各空気通路(12)の長さを短くすることができる。したがって、各空気通路(12)を細くして、感圧部(11)をシーツの真下に敷いても異物感がない構造にしても、コンダクタンスを確保できる。その結果、感圧部(11)の上にシーツを敷き、その上に人が横たわると、人の呼吸、心拍、体動などによる空気通路(12)の圧力変化が、集合管部(13)の圧力検出部(14)に鈍らずに伝達される。なお、呼吸はいびきの有無や睡眠時無呼吸症候群の検出に、心拍はストレス度合いあるいはリラックス度合いの検出に、そして体動は睡眠・覚醒やレム（ＲＥＭ）睡眠・ノンレム（ＮＲＥＭ）睡眠の検出に用いることができる。

また、上記第１の発明は、複数の空気通路(12)が、互いに平行に配列された複数のチューブ(T)により構成されていることを特徴とするものである。

また、第２の発明は、複数の空気通路(12)が、格子状に配列された複数のチューブ(T)により構成されていることを特徴とするものである。

これらの第１，第２の発明では、複数のチューブ(T)を平行または格子状に配列することにより感圧部(11)の空気通路(12)が構成される。そして、このようにして構成された感圧部(11)をシーツの下に敷き、人が就寝中の呼吸、心拍、体動などを検出できる。このように空気通路(12)を構成するのにチューブ(T)を用いる場合、チューブ(T)を柔軟で可撓性のあるものにして空気通路(12)を細くしても、チューブ(T)に人の体重荷重が分散して作用するため、チューブ(T)が潰れにくく、安定した検出を行うことが可能となる。

また、第３の発明は、複数の空気通路(12)が、重ね合わせて接合された２枚のシート(19)の間に形成されていることを特徴とするものである。

この第３の発明では、いわゆるエアーマットの構成により感圧部(11)を構成することができる。そして、この場合にも、感圧部(11)を複数の空気通路(12)により構成しているので、各空気通路(12)を細くすることができ、検出感度の低下を防止できる。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１の発明の生体情報検知装置(10)において、感圧部(11)と集合管部(13)とを接合する接合部材(17)を備え、上記接合部材(17)が、感圧部(11)と集合管部(13)とに跨って溶着されたシート材により構成されていることを特徴とするものである。

この第４の発明では、複数のチューブ(T)やエアーマットにより構成された感圧部(11)が、集合管部(13)に接合部材(17)で接合される。具体的には、接合部材(17)であるシート材を感圧部(11)と集合管部(13)とに跨って溶着することにより感圧部(11)と集合管部(13)とが接合される。

第５の発明は、第１から第４のいずれか１の発明の生体情報検知装置(10)において、感圧部(11)に温度センサ(16)が組み込まれていることを特徴とするものである。

この第５の発明では、感圧部(11)に温度センサ(16)を組み込むことにより、人の呼吸、心拍、体動などの生理情報に加えて、寝具内の温度も検出することができる。

第６の発明は、第１から第４のいずれか１の発明の生体情報検知装置(10)と、該生体情報検知装置(10)で検出した生理情報に基づいて空調機器(2)を制御する制御装置(3)とを備えていることを特徴とする空調システムに関するものである。

また、第７の発明は、第５の発明の生体情報検知装置(10)と、該生体情報検知装置(10)で検出した生理情報及び温度情報に基づいて空調機器(2)を制御する制御装置(3)とを備えていることを特徴とする空調システムに関するものである。

これらの第６，第７の発明では、生体情報検知装置(10)から得られた情報を用いて、空調機器(2)が制御される。例えば、人が就寝しているときの呼吸、心拍、体動などの生理情報から睡眠状態を検知して、その睡眠状態に合わせた空調制御を行うことができる。また、寝具内の温度も検出する場合には、生理情報だけでなく寝具内の温度情報も用いて、より良質な睡眠を得るための空調制御を行うことが可能となる。

上記第１，第２及び第３の発明によれば、複数の空気通路(12)を配列することにより感圧部(11)を構成して、各空気通路(12)を集合管部(13)に接続し、該空気通路(12)の圧力変化を圧力検出部(14)で検出するようにしている。このことにより、例えば寝具上で概ね人の胸部をカバーする程度の広さに感圧部(11)を形成する場合に、各空気通路(12)の長さを短くすることができるため、各空気通路(12)を細くして感圧部(11)をシーツの真下に敷いても異物感がない構造にすることができるとともに、そのように構成することでコンダクタンスを確保することもできる。そして、感圧部(11)上にシーツを敷き、その上に人が横たわった状態で、人の呼吸、心拍、体動による空気通路(12)の圧力変化が集合管部(13)の圧力検出部(14)に鈍らずに伝達されるので、生理情報を精度よく検出できる。

また、上記第１，第２の発明によれば、複数のチューブ(T)を平行または格子状に配列することにより感圧部(11)の空気通路(12)を構成している。そして、この構成において、チューブ(T)を柔軟で可撓性のあるものとし、空気通路(12)を細くしても、チューブ(T)に人の体重荷重が分散して作用するため、チューブ(T)が潰れにくい。したがって、安定した検出を行うことが可能となる。

上記第３の発明によれば、いわゆるエアーマットの構成により感圧部(11)を構成することができ、装置構成を簡単にすることができる。また、この場合にも、感圧部(11)を複数の空気通路(12)により構成しているので、各空気通路(12)を細くすることができ、感圧部(11)をシーツの下に敷いても異物感のない構成にすることができるとともに、検出感度の低下を防止できる。

上記第４の発明によれば、複数のチューブ(T)やエアーマットにより構成された感圧部(11)を、接合部材（シート材）(17)を用いて集合管部(13)に簡単に接合することができる。したがって、装置の構成を簡単にすることができる。

上記第５の発明によれば、感圧部(11)に温度センサ(16)を組み込むことにより、人の呼吸、心拍、体動などの生理情報に加えて、寝具内の温度も検出することができる。

上記第６の発明によれば、生体情報検知装置(10)で検出した生理情報に基づいて空調機器(2)を制御するようにしているので、人が就寝しているときの呼吸、心拍、体動などの生理情報から睡眠状態を検知して、その睡眠状態に合わせた空調制御を行うことができる。例えば、体動の変化から人の睡眠深度を検出し、睡眠深度の変化に伴う体温変化に適した室温制御を行うことができる。

また、上記第７の発明によれば、生体情報検知装置(10)で検出した生理情報及び温度情報に基づいて空調機器(2)を制御するようにしているので、人が就寝しているときの呼吸、心拍、体動などの生理情報から睡眠状態を検知するとともに、寝具内温度情報を検知して、睡眠状態に合わせたより良質な睡眠を得るための空調制御を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
図１は、この実施形態１に係る生体情報検知装置(10)を用いた空調システム(1)の概略構成図である。この生体情報検知装置(10)は、人（生体）の生理情報を検知するものであって、例えば睡眠中の呼吸、心拍、体動などの生理情報を検出することができる。上記空調システム(1)は、上記生体情報検知装置(10)と、空調機器(2)と、該生体情報検知装置(10)で検出した生理情報に基づいて空調機器(2)を制御するコントローラ（制御装置）(3)とを備えている。

上記生体情報検知装置(10)は、人が就寝するときに、敷き布団やマットレス(4)を覆うシーツ（図示せず）の真下に敷いて使用するように、言い換えると敷き布団やマットレス(4)の真上に敷いて使用するように構成されている。具体的には、この生体情報検知装置(10)は、複数の空気通路(12)を配列することにより構成された感圧部(11)と、該感圧部(11)の空気通路(12)に接続された集合管部(13)と、該集合管部(13)に接続された圧力検出部(14)とを備え、感圧部(11)がシーツの真下に敷かれるようになっている。

上記生体情報検知装置(10)の平面図である図２に示すように、感圧部(11)の複数の空気通路(12)は、互いに平行に配列された複数のチューブ（弾性部材）(T)により構成されている。このチューブ(T)には、例えばシリコンやポリエチレンなどの柔軟な材料で形成されたものが用いられている。また、これらのチューブ(T)には、直径が１mmから３mm程度のものが選定されている。一例として、外径が３mm、内径が１．５mm、肉厚が０．７５mmのシリコンチューブ(T)をＵ字管状に折り曲げたものをチューブ間隔１０mmで集合管部(13)に接続することができる。また、チューブ(T)同士のおおよその位置関係を保持しておくために、縦糸(15)で各チューブ(T)を編み込んでいる。

上記集合管部(13)には各チューブ(T)用の継手部（図示せず）が形成されており、チューブ(T)は集合管部(13)に圧入により接続されている。チューブ(T)の長さはＵ字管状に折り曲げた状態で約１ｍ（図の左右の幅寸法が１ｍ）、集合管部(13)の長さは約５０ｃｍであり、人が寝具上に横たわったとき、概略胸部位置を検知領域としてカバーできるものとなっている。

集合管部(13)の先端（図の上端）は封止されており、基端（図の下端）側には音響マイク（圧力検出部）(14)が設置されている。なお、圧力検出部(14)としては、音響マイクの代わりに圧力センサを用いてもよい。

この構成では、感圧部(11)を比較的短い複数のチューブ(T)から構成し、その上で人が就寝するようにしているので、人の呼吸、心拍、体動などに伴うチューブ(T)内の圧力変化が鈍らずに圧力検出部(14)に伝達される。また、柔軟で細い複数のチューブ(T)を比較的狭いピッチで配列して感圧部(11)を構成しているため、その上で人が横たわったときの異物感が生じにくい構成になっている。

さらに、可撓性のある複数のチューブ(T)を配列して感圧部(11)を構成したことによって、上に横たわった人の体重荷重が各チューブ(T)に分散してかかるようにしているため、チューブ(T)内の空気通路(12)を加圧しなくても、使用中にチューブ(T)が潰れてしまうことはない。なお、チューブ(T)の潰れにくさは、チューブ(T)の径及び厚みと配列のピッチによって調整することができるが、実験によれば、使用中に異物感を感じない程度の柔軟で細いチューブ(T)を加圧せずに使った場合でも、体重では潰れないことが確認できている。

上記音響マイク(14)には、ワイヤーハーネス(6)を介して上記コントローラ(3)が接続されている。このコントローラ(3)は、呼吸、心拍、体動などから睡眠情報を検出するとともに、検出した睡眠情報に基づいて、良質な睡眠となる体温リズム（体温が入眠開始頃から徐々に下がり初め、起床前に上がり出すような変化）が得られるように空調機器(2)を制御して、室内温度を調整する。

−運転動作−
次に、この空調システム(1)の運転動作について説明する。

上記生体情報検知装置(10)は、上述したようにシーツの真下に敷かれており、その上で就寝している人の呼吸、心拍、体動などにより、チューブ(T)内の圧力が変化する。チューブ(T)内の圧力が変化すると、その圧力変化が音響マイクを介してコントローラ(3)に検出される。コントローラ(3)では、上記圧力変化に基づいて、呼吸、心拍、体動などの生理情報が求められる。そして、これらの生理情報により、人が入眠したか、中途覚醒したか、起床したかなど、睡眠に関する各種の情報を得ることができる。

一方、上記コントローラ(3)は、睡眠情報に基づいて空調機器(2)を制御する。具体的には、コントローラ(3)は、上述したように良質な睡眠となる体温リズムが得られるように空調機器(2)を制御する。こうすることによって、より快適な睡眠環境を得ることが可能となる。また、システムとしては、空調機器(2)を制御するだけでなく、照明機器（図示せず）なども制御して、睡眠（または入眠・覚醒）をより最適化することもできる。

−実施形態１の効果−
この実施形態１では、シリコンやポリエチレンなどの柔軟で細い複数のチューブ(T)をＵ字管状に折り曲げ、相互に平行になるように配列して感圧部(11)を構成しているので、薄く、しかも可撓性が高くて柔軟で、シーツ直下に敷いても寝具として異物感を与えない生体情報検知装置(10)を構成できる。また、チューブ(T)の配置ピッチを適宜設定することにより、シーツの真下に敷いても通気性を損なわないような開口率にすることも容易である。

さらに、空気通路(12)を構成するチューブ(T)は、材質や径・肉厚を適宜選択することで、使用中に体重荷重で完全に潰れてしまわないものとすることが可能であり、細かいピッチでチューブ(T)を配置すれば荷重が分散されることも相まって、柔軟で異物感の少ない構成でありながら、高い検出能力を実現できる。

また、細いチューブ(T)の端部を、よりコンダクタンスの高い集合管部(13)に接続し、その集合管部(13)を介して圧力センサまたは音響マイクなどの圧力検出部(14)に接続しているので、必要な圧力伝達面積を確保しつつ、信号損失が少ない状態で圧力変化を検出できる。このため、寝返りなどの大きな体動だけでなく、僅かな動きや、呼吸、心拍、いびきなどの微振動も確実に検出することができる。

また、通常の使用ではチューブ(T)が潰れてしまうことはなくても、堅く重いものの角などが当たって１箇所への荷重集中で潰れが生じることはあり得るが、複数のチューブ(T)を並列に配置しているため、数カ所でそのような潰れが生じても隣接しているチューブ(T)からの圧力・振動伝達により測定に致命的な影響を与えることを回避できる。したがって、このような場合でも、検出精度が悪くなるのを防止できる。

−実施形態１の変形例−
（変形例１）
上記実施形態１の生体情報検知装置(10)には、呼吸、心拍、体動などの振動情報の検知機能に加えて、その他の情報の検知機能を持たせることもできる。

例えば、上記生体情報検知装置(10)には、図１，２に仮想線で示すように、感圧部(11)のチューブ(T)内にサーミスタなどの温度センサ(16)を組み込むようにしてもよい。

長尺の細径チューブ(T)にサーミスタを組み込むことが困難な場合は、サーミスタ組込用チューブ(T)を熱収縮チューブ(T)とすることで加工・製造を容易にすることができる。例えばガラスビード型サーミスタでは、φ０．１３〜φ０．５程度のものが一般的に使用されており、細径のチューブ(T)（収縮後に同径となる熱収縮チューブ(T)など）に組み込むのに適している。このようにすると、サーミスタの水漏れ対策や電気絶縁が強化されるだけでなく、位置関係が固定されることも利点として挙げられる。

この変形例１では、呼吸、心拍、体動などの生理情報に加えて寝具内の温度も測定したうえで、空調機器(2)を制御できるので、より良質な睡眠のための睡眠環境を得ることが可能となる。

（変形例２）
温度センサ(16)は、図１に仮想線で示すようにコントローラ(3)に組み込んでもよい。

このようにした場合、寝具内温度は測定できないものの、寝具の近傍の温度を検出できる。したがって、寝具の近傍の温度に基づいて室温を制御し、睡眠中の人の体温変動リズムを良質な睡眠となるようにすることが可能となる。また、入眠前の寝具近傍の温度を測っておき、この温度を基準に空調制御を行うことで、睡眠中の温度制御の快適性をより高めることも可能となる。

《発明の実施形態２》
実施形態２は、感圧部(11)と集合管部(13)との接合構造に関する具体例である。

図３は生体情報検知装置(10)の平面図、図４は感圧部(11)と集合管部(13)との接合構造を示す斜視図である。この実施形態２では、感圧部(11)の空気通路(12)には、外径が１．０mmで内径が０．５mmのポリエチレン製チューブ(T)を使用している。また、集合管部(13)として、ポリエチレンラミネートフィルム（シート材）(17)をヒートシールで筒状に成形したものを用いている。

集合管部(13)は潰れてはいけないため、図４に示すように、内部に空間確保用の構造材(18)（例えばコの字型、Ｃ型の押出材など）を組み込んでいる。集合管部(13)は寝具外に出せるため、薄さや柔軟性は必須のものではない。

この構成においては、チューブ(T)と集合管部(13)との接続にもシート材(17)のヒートシールを利用でき、集合管部(13)の形成とチューブ(T)の接続を同時に行うことができる。つまり、シート材(17)を感圧部(11)のチューブ(T)と集合管部(13)とを接合する接合部材として用いることができる。このような製造方法を採用すると、完全な気密性を確保するには若干困難を伴うが、封止部分の幅を大きめにとることで気密性を改善可能であることや、必ずしも完全な気密性は必要でないことから、検知機能には問題ない程度にすることは容易である。

この実施形態２においても、実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態ではチューブ(T)をＵ字管状にして集合管部(13)を１本にしているが、真っ直ぐなチューブ(T)の両端に２本の集合管部(13)を設けてもよい。

また、集合管部(13)を１本にし、複数の真っ直ぐなチューブ(T)を接続するようにしてもよい。その場合、集合管部(13)と反対側のチューブ(T)の末端は閉じていることが信号低下を防ぐ点からは望ましいが、開放端としてでも使用することができる。このため、完全な気密封止は必要なく、品質や製造上の問題を緩和することができる。

また、生体情報検知装置(10)の感圧部(11)は、図５に概略構造を示すように、例えばＵ字管状に折り曲げたチューブ(T)を格子状に配置し、その各チューブ(T)の開口端を、Ｌ型にした集合管部(13)に接続するようにしてもよい。このようにしても、Ｕ字管状のチューブ(T)を平行に配列した場合と同様の作用・効果を奏することができる。

また、生体情報検知装置(10)の感圧部(11)は、複数のチューブ(T)を用いて構成するほかにも、平面図である図６（Ａ）とそのＢ−Ｂ線断面図である図６（Ｂ）に示すように、重ね合わせて接合された２枚のシート(19)の間に複数の空気通路(12)が形成されたものであってもよい。つまり、いわゆるエアーマットの構成を利用して感圧部(11)を構成するようにしてもよい。この場合は、空気通路(12)内を加圧して使用するとよい。

以上説明したように、本発明は、例えば睡眠中の呼吸、心拍、体動などを検知するために用いられる生体情報検知装置と、この生体情報検知装置を用いた空調システムについて有用である。

本発明の実施形態１に係る生体情報検知装置を用いた空調システムの概略構成図である。 生体情報検知装置の平面図である。 実施形態２の生体情報検知装置の平面図である。 感圧部と集合管部との接合構造を示す斜視図である。 他の実施形態に係る生体情報検知装置の平面図である。 図６（Ａ）はさらに他の実施形態に係る生体情報検知装置の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

(1) 空調システム
(2) 空調機器
(3) コントローラ（制御装置）
(10) 生体情報検知装置
(11) 感圧部
(12) 空気通路
(13) 集合管部
(14) 音響マイク（圧力検出部）
(16) 温度センサ
(17) ラミネートフィルム（シート材（接合部材））
(19) シート
(T) チューブ

Claims (7)

1. 生体の生理情報を検知する生体情報検知装置であって、
   複数の空気通路(12)を配列することにより構成された感圧部(11)と、該感圧部(11)の空気通路(12)に接続された集合管部(13)と、該集合管部(13)に接続された圧力検出部(14)とを備え、
   複数の空気通路(12)は、互いに平行に配列された複数のチューブ(T)により構成されていることを特徴とする生体情報検知装置。
2. 生体の生理情報を検知する生体情報検知装置であって、
   複数の空気通路(12)を配列することにより構成された感圧部(11)と、該感圧部(11)の空気通路(12)に接続された集合管部(13)と、該集合管部(13)に接続された圧力検出部(14)とを備え、
   複数の空気通路(12)は、格子状に配列された複数のチューブ(T)により構成されていることを特徴とする生体情報検知装置。
3. 生体の生理情報を検知する生体情報検知装置であって、
   複数の空気通路(12)を配列することにより構成された感圧部(11)と、該感圧部(11)の空気通路(12)に接続された集合管部(13)と、該集合管部(13)に接続された圧力検出部(14)とを備え、
   複数の空気通路(12)は、重ね合わせて接合された２枚のシート(19)の間に形成されていることを特徴とする生体情報検知装置。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の生体情報検知装置において、
   感圧部(11)と集合管部(13)とを接合する接合部材(17)を備え、
   上記接合部材(17)は、感圧部(11)と集合管部(13)とに跨って溶着されたシート材により構成されていることを特徴とする生体情報検知装置。
5. 請求項１から４のいずれか１に記載の生体情報検知装置において、
   感圧部(11)に温度センサ(16)が組み込まれていることを特徴とする生体情報検知装置。
6. 請求項１から４のいずれか１に記載の生体情報検知装置(10)と、該生体情報検知装置(10)で検出した生理情報に基づいて空調機器(2)を制御する制御装置(3)とを備えていることを特徴とする空調システム。
7. 請求項５に記載の生体情報検知装置(10)と、該生体情報検知装置(10)で検出した生理情報及び温度情報に基づいて空調機器(2)を制御する制御装置(3)とを備えていることを特徴とする空調システム。

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